相控阵方式与普通方式并用的工业探伤系统设计

    目前工业自动化探伤系统中大量使用普通单晶双晶探头组成普通探伤系统，但有时也需要使用相控阵探头。相控阵探伤须用专用收发处理单元，并在上位机设定下完成特定的探伤任务。本系统便是把相控阵探伤方式与普通探伤方式组合在一起，既可独立使用，也可混合使用，以获得更好的探伤效果。由于普通探伤方式已是一相对成熟的技术，故笔者主要介绍相控阵探伤方式及两种方式的组合使用。

1相控阵发射的原理[1-2]

    相控阵发射利用延时电路将多个振子发射的超声波到达某一点(焦点)的位相相同，以致相互叠加。

2相控阵探伤单元的工作原理

    相控阵探伤单元可同时接收8振子单元(可扩展)的返回信号，该信号由AD8331压控放大器放大后，以差动方式驱动双八位高速模数转换器，转换完成后数据缓存于2片32位先进先出(FIFO)缓存器中，单元中DSP( TMS320C6416T)以直接存储工作方式读取FIFO的数据，进行数字处理，以确定缺陷的方位和距离，并进行数字相位合成由USB口传送给上位机。单元中DSP的另一项任务是通过CPLD2精确控制(lns)各振子单元触发脉冲的延时时间和宽度，使相控阵聚焦的焦点按需要发生改变。

2. 1压控放大器

    AD8331是超声专用放大芯片，信号输人端直接和振子单元晶体相连，GAIN端输入。一1V的外加电压可控制放大倍数在0～48 dB之间变化，放大器输出为差动，可与模数转换器直接连接。

2. 2模拟数字转换芯片(aD92ss )

    AD9288是双八位高速模数转换芯片，差动方式输人，采样频率为100 MHz，该芯片内含2个模数转换内核，8通道共需4片，转换完成数据分别存于2片32位先进先出存储器内。

2, 3先进先出存储器(FIFO )

    IDT72 V3680是32KX 32位FIFO系列产品，8个模数转换芯片和2片FIFO芯片要求同步工作，即必须在同一时钟驱动下工作。

2. 4  DSP处理器(TMS320C6416T ) [3-4]

    TMS320 C6416T是美国TI公司目前生产的运算速度最快的一款DSP处理芯片，内部八个功能单元可同时运算，具有64位外部存储器总线(EMIFA),16位外部存储器总线(EMIFB)以及32/16位主机接口总线(HPI ) . EMIFA数据总线用于数据信号接收，EMIFB用于控制相位发射，HPI为数据信号上传，数据传送全部使用直接存储工作方式(EDMA)。运算器只管运算(即进行数字滤波和相关分析，形成数字相位合成波)，找出缺陷的方位和距离等数据，并通过主机口(HPI)传给上位机。

    DSP通过CPLD2发送相控阵脉冲波，相控阵单元发送脉冲波要求延时精度为lns}'}，普通CPLD和FPGA已不能满足要求，因此本设计的延时线路分两部分，﹥10 ns的由CPLD完成，G 10 ns由专用延时线来完成。具体延时线路设计见图1，图中的时钟由DSP提供(100MHZ)。寄存器a分高八位和低四位，由DSP的EMIFB总线写人，高八位在TOUTO上升沿时写人减1计数器，进行减1计数，每减1延时10 ns，低四位直接输出控制专用延时线，每位精度为1 ns。寄存器b与寄存器a原理相同，可产生稍长一点的延时波形。两波形输入U2A异或门，相差时间为触发脉冲宽度时间。